NO321406B1

NO321406B1 - Electric power switch

Info

Publication number: NO321406B1
Application number: NO20015371A
Authority: NO
Inventors: Jan-Anders Nygren; Falah Al-Hosini; Stefan Valdemarsson; Lars Jonsson; Per Larsson
Original assignee: Abb T & D Tech Ltd
Priority date: 1999-05-03
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2006-05-08
Also published as: US6518865B1; ES2296619T3; AU4636700A; EP1192630B1; DE60036944T2; NO20015371D0; EP1192630A1; EE200100583A; ATE377255T1; SE9901627D0; WO2000067271A1; EE04790B1; DK1192630T3; NO20015371L; DE60036944D1

Abstract

Elektrisk sterkstrømbryter for hurtig lukking og åpning av en sterkstrømkrets i et kraftforsyningsnett. Bryteren har tre kontaktdeler (1,2, 3), nemlig to pluggformede stasjonære kontaktdeler (1,2) som utgjør elektroder og en bevegelig kontaktdel (3) i form av en sylinderformet hylse. Når bryteren er åpen omslutter den tredje kontaktdel den første elektrode eller kontaktdel (1). En aktiveringsinnretning omfatter en første spiralviklet spole (6) festet til den første kontaktdel. Hylsen (3) omfatter en flens (4) for kontakt med spolen (6). Når en strømpuls sendes gjennorn spolen skyves hylsen (3) med flensen (4) fra den første til den andre kontaktdel (2) under stor fraskyvningskraft, slik at bryteren i sin lukkede stilling har både den første og andre kontaktdel (1,2) omsluttet av den tredje kontaktdel i form av hylsen (3).Electric high-current switch for quick closing and opening of a high-current circuit in a power supply network. The switch has three contact parts (1,2,3), namely two plug-shaped stationary contact parts (1,2) which form electrodes and a movable contact part (3) in the form of a cylindrical sleeve. When the switch is open, the third contact part encloses the first electrode or contact part (1). An activation device comprises a first spirally wound coil (6) attached to the first contact part. The sleeve (3) includes a flange (4) for contact with the coil (6). When a current pulse is sent back to the coil, the sleeve (3) with the flange (4) is pushed from the first to the second contact part (2) under a large pushing force, so that in its closed position the switch has both the first and second contact part (1,2) enclosed of the third contact part in the form of the sleeve (3).

Description

Teknisk område Technical area

Denne oppfinnelse gjelder en elektrisk omkoplingsinnretning for store strøm-styrker og beregnet for elektrisk kraftforsyning. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en sterkstrømbryter som kan åpne og slutte en strømkrets på kort tid, bl.a. for fra/tilkopling av minst én fase i et flerfasenett, og den virker særlig som en effektiv lysbueslukker i et kammeravlukket installasjonsanlegg for omkopling i fordelings- og transmisjonsnett. Oppfinnelsen gjelder således både lavere, midlere og høye spenninger. I samsvar med IEC-standarden betyr her midlere spenninger 1-72,5 kV, mens høye spenninger er spenningsområdet over 72,5 kV. This invention relates to an electrical switching device for large currents and intended for electrical power supply. More specifically, the invention relates to a high current switch which can open and close a current circuit in a short time, i.a. for disconnecting/connecting at least one phase in a multi-phase network, and it works particularly as an effective arc extinguishing device in a chamber-enclosed installation system for switching in distribution and transmission networks. The invention thus applies to both lower, medium and high voltages. In accordance with the IEC standard, medium voltages here mean 1-72.5 kV, while high voltages are the voltage range above 72.5 kV.

Bakgrunnsteknikken The background technique

I lysbuer som bevirkes av store feilstrømmer frigis store mengder energi i form av varme og utstråling. I for eksempel innelukket bryterutstyr hvor det i omslutningen er begrenset plass vil slike store energimengder kunne gi årsak til store trykkøkninger som sprenger omslutningen i stykker. Slikt bryterutstyr må derfor være utrustet med plasskrevende sikringsåpninger som oppvarmet gass kan slippe ut gjennom. Videre vil de høye lysbuetemperaturer som dannes forårsake at materialet i ledere og i utrustningen ellers smelter og til og med fordamper. Brennbart og organisk materiale kan også anten-nes når slikt materiale utsettes for lysbuens høye temperaturer og intense stråling. Ved dekomposisjon av luften (NOx) og fordampning av metaller vil derfor lysbuen kunne frembringe giftige gasser. Det er derfor vanlig for slikt bryterutstyr å ha enheter for trykk-avlastning, enheter som kan være i form av evakueringskanaler, automatisk åpenbare luker etc. Dette betyr at slik brukerutstyr blir plasskrevende og kostbart. In arcs caused by large fault currents, large amounts of energy are released in the form of heat and radiation. In, for example, enclosed switchgear where there is limited space in the enclosure, such large amounts of energy could cause large pressure increases that burst the enclosure to pieces. Such switch equipment must therefore be equipped with space-consuming safety openings through which heated gas can escape. Furthermore, the high arc temperatures that are formed will cause the material in the conductors and in the equipment to melt and even evaporate. Combustible and organic material can also ignite when such material is exposed to the arc's high temperatures and intense radiation. Due to decomposition of the air (NOx) and evaporation of metals, the arc will therefore be able to produce toxic gases. It is therefore common for such switchgear to have devices for pressure relief, devices which can be in the form of evacuation channels, automatically opening hatches etc. This means that such user equipment takes up space and is expensive.

I industrien har det lenge vært et stort behov i første rekke å hindre lysbuer fra å oppstå. I andre rekke har det vært et behov for å redusere varigheten av lysbuer. På denne måte kan man redusere materialskade som resultat av økning av temperatur og trykk, økning som finner sted så lenge lysbuene eksisterer. Også risiko for personskade og forgiftning blir redusert. In industry, there has long been a great need primarily to prevent electric arcs from occurring. Secondly, there has been a need to reduce the duration of electric arcs. In this way, material damage can be reduced as a result of an increase in temperature and pressure, an increase that takes place as long as the arcs exist. The risk of personal injury and poisoning is also reduced.

Når en lysbue har varighet over omkring 30 ms kan en bryter enhet ødelegges fullstendig. Den trykkbølge som forårsakes av lysbuen vil vanligvis nå sitt maksimum allerede etter 10-25 ms, og for å redusere materialskader vil det altså være behov for å redusere lysbuebrenntiden til omkring 10 ms. For å redusere risikoen for personskade må man dessuten sikte mot enda kortere brenntid. Kjente strømbrytere har imidlertid betydelig lenger frakoplingstid, og en måte å begrense lysbuens brenntid vil derfor være å avlede eventuelle feilstrømmer som kan forårsake lysbuer, til jord før den aktuelle bryting finner sted. When an arc has a duration of more than about 30 ms, a switch unit can be completely destroyed. The pressure wave caused by the arc will usually reach its maximum after 10-25 ms, and in order to reduce material damage, it will therefore be necessary to reduce the arc burning time to around 10 ms. In order to reduce the risk of personal injury, one must also aim for an even shorter burning time. Known circuit breakers, however, have a significantly longer disconnection time, and one way to limit the arc's burning time will therefore be to divert any fault currents that may cause arcs to earth before the actual breaking takes place.

Et felles problem i forbindelse med en innkoplingsbryter eller kretsslutter er at dens kontaktflater får brennmerker. Umiddelbart før koplingselementene kommer i kontakt med hverandre vil nemlig lysbuer oppstå og delvis smelte metallet på kontaktelementene. Dette ødelegger kontaktegenskapene og forårsaker varmeutvikling. Kjente innkoplingsbrytere må derfor regelmessig overhales. A common problem with an on-off switch or circuit breaker is that its contact surfaces get scorch marks. Immediately before the connection elements come into contact with each other, electric arcs will occur and partially melt the metal on the contact elements. This destroys the contact properties and causes heat generation. Known circuit breakers must therefore be regularly overhauled.

Fra for eksempel DE-A-2 623 816 i patentlitteraturen er det allerede kjent å bruke, i gassisolerte metallinnsluttede strømbrytere, en rask jordingsbryter for å slukke en kortslutningslysbue mellom en høyspenningsleder og den jordede omslutning, for således å eliminere risikoen for en farlig overtrykketablering. Jordingsbryteren som er beskrevet i denne publikasjon er av enfasetypen og aktiveres av en innebygget eksplosivladning hvis tenning settes i gang av en sensor som på sin side aktiveres av lysbuen. En ulempe med en slik jordingsbryter er at den må ha generelt overhaling eller erstattes etter bare én gangs bruk. En ytterligere ulempe er håndteringen og lagringen av eksplosiver under en slik overhaling. From, for example, DE-A-2 623 816 in the patent literature, it is already known to use, in gas-insulated metal-enclosed circuit breakers, a quick earthing switch to extinguish a short-circuit arc between a high-voltage conductor and the earthed enclosure, thus eliminating the risk of a dangerous overpressure activation. The earthing switch described in this publication is of the single-phase type and is activated by a built-in explosive charge whose ignition is initiated by a sensor which is in turn activated by the arc. A disadvantage of such an earthing switch is that it must be overhauled or replaced after only one use. A further disadvantage is the handling and storage of explosives during such an overhaul.

Fra patentskriftet WP 97/45851 er det videre kjent en høyhastighets kretslukke-bryter hvor man bruker en torsjonsspent kontaktinnretning som bringer en knivkontaktdel i kontakt med en gaffelformet tilsvarende del. Begge kontaktdelene er anordnet i et omsluttende hus som er fylt med isolerende gass. Hensikten med denne innretning er å få en rask kretsslutning og hindre brannvirkninger fra å oppstå på kontaktelementene. En ulempe er imidlertid at man har et relativt stort antall deler i bevegelse, og innretningens oppbygging er også relativt komplisert. For optimal virkning må den torsjonsfjær som bruker omhyggelig innstilles, og en annen ulempe er at innretningen bare kan tjene som en kretsslutter, ikke en bryter. Den krever altså manuell tilbakeføring til åpen, isolerende stilling, og da må fjæren spennes for å vær klar til sin tilslagsfunksjon. From the patent document WP 97/45851, a high-speed circuit breaker is further known in which a torsionally stressed contact device is used which brings a knife contact part into contact with a fork-shaped corresponding part. Both contact parts are arranged in an enclosing housing which is filled with insulating gas. The purpose of this device is to get a quick circuit closure and prevent fire effects from occurring on the contact elements. A disadvantage, however, is that you have a relatively large number of moving parts, and the structure of the device is also relatively complicated. For optimum effect, the torsion spring used must be carefully adjusted, and another disadvantage is that the device can only serve as a circuit breaker, not a switch. It therefore requires manual return to the open, insulating position, and then the spring must be tensioned to be ready for its closing function.

Endelig skal vises til FR 2 493 031 som også gjelder en sterkstrømsbryter for hurtig lukking, samt US 2 971 130 og EP 0 147 036 for noenlunde tilsvarende teknikk. Det er på denne bakgrunn man foreslår oppfinnelsens bryter. Finally, reference should be made to FR 2 493 031, which also applies to a high-current switch for quick closing, as well as US 2 971 130 and EP 0 147 036 for roughly equivalent technology. It is against this background that the switch of the invention is proposed.

Kort gjennomgåelse av oppfinnelsen Brief review of the invention

Hensikten med denne oppfinnelse er å foreslå måter og midler for å komme frem til en rask elektrisk bryter som både kan bryte en krets og slutte den og hvis bryte- eller sluttetid er mindre enn omkring 5 ms. I sin funksjon som en jordingsbryter eller såkalt lysbueeliminator skal oppfinnelsens sterkstrømbryter kunne hindre oppståelse av lysbuer i kontaktøyeblikket eller like før dette, nettopp for å unngå skade på kontaktelementene. Bryteren skal effektivt kunne bremse et bevegelig kontaktsystem under en slutteopera-sjon og skal kunne utføre et større antall slutte- og bryteoperasjoner i rask rekkefølge, også i motsatt orden. Sterkstrømbryteren skal videre kunne håndtere både høyspenning slik som definert ovenfor og store strømstyrker. Den skal ha en enkel og kompakt kon-struksjon som gjør den hensiktsmessig i et stort antall installasjoner innenfor konvensjonelle luftisolerte brytersammenstillinger og uten de ulemper som er nevnt ovenfor for de to innretninger som representerer teknikkens stilling på det nærmeste. The purpose of this invention is to propose ways and means to arrive at a fast electrical switch which can both break a circuit and close it and whose breaking or closing time is less than about 5 ms. In its function as an earthing switch or so-called arc eliminator, the high-current switch of the invention must be able to prevent the occurrence of arcs at the moment of contact or just before this, precisely to avoid damage to the contact elements. The switch must be able to effectively brake a moving contact system during a closing operation and must be able to perform a greater number of closing and breaking operations in rapid succession, also in the opposite order. The circuit breaker must also be able to handle both high voltage as defined above and large currents. It must have a simple and compact construction which makes it appropriate in a large number of installations within conventional air-insulated switch assemblies and without the disadvantages mentioned above for the two devices which represent the closest state of the art.

Disse mål for oppfinnelsen er oppnådd med den sterkstrømbryter som er nærmere angitt i de karakteriserende deler av patentkravene 1 og 6 og ved den fremgangsmåte som er nærmere karakterisert i patentkravene 7 og 8. Fordelaktige videre-utviklinger og utførelser vil fremgå av de øvrige, underordnede krav. These goals for the invention have been achieved with the high-current circuit breaker which is specified in more detail in the characterizing parts of patent claims 1 and 6 and by the method which is further characterized in patent claims 7 and 8. Advantageous further developments and embodiments will appear from the other, subordinate claims .

Innenfor brytersammenstillinger for høyspenning brukes jordingsbrytere av to typer, nemlig arbeidsjordingsbrytere og høyhastighetsjordingsbrytere. Fra et første aspekt av oppfinnelsen er sterkstrømbryteren ifølge denne innrettet for å utgjøre en jordingsbryter av sistnevnte type. En slik rask jordingsbryter som altså gjerne kalles en høyhastig-hetsbryter skal kunne jorde høyspenningsdeler også når disse står under spenning og under situasjoner hvor man har store feilstrømmer. I en slik brytersituasjon vil kontaktene i sterkstrømbryteren måtte håndtere full kortslutningsstrøm. For å begrense brennvirk-ninger og andre funksjonsreduserende effekter som forårsakes av lysbuer som vanligvis oppstår under slutting av en krets må sprettende bevegelser mellom kontaktene begrenses eller fullstendig elimineres (idet det med "sprettende" her menes "bouncing ", nemlig at elementene først får kontakt, men deretter mister kontakten igjen ved elastisk tilbake-spretting). Slik avbrukt kontaktetablering vil primært være avhengig av den hastighet kontaktdelene slår mot hverandre med, og amplituden av tilbakesprettingsbevegelsen vil således øke med den relative slutthastighet mellom kontaktdelene. En viktig oppgave for en høyhastighetskretsslutter er derfor å ha en lav hastighet av de bevegelige kontakter i det øyeblikk de etablerer kontakt og i tillegg en mulighet å dempe deres kinetiske energi i kontaktøyeblikket. Within high-voltage switch assemblies, earthing switches of two types are used, namely operating earthing switches and high-speed earthing switches. From a first aspect of the invention, the heavy current switch is according to this designed to constitute an earthing switch of the latter type. Such a fast earthing switch, which is often called a high-speed switch, must be able to earth high-voltage parts even when these are under voltage and in situations where there are large fault currents. In such a switch situation, the contacts in the heavy-duty circuit breaker will have to handle the full short-circuit current. In order to limit burning effects and other function-reducing effects caused by electric arcs that usually occur during the closing of a circuit, bouncing movements between the contacts must be limited or completely eliminated (where by "bouncing" here is meant "bouncing", namely that the elements first make contact , but then loses contact again by elastic rebound). Such spent contact establishment will primarily depend on the speed with which the contact parts hit each other, and the amplitude of the rebound movement will thus increase with the relative final speed between the contact parts. An important task for a high-speed circuit breaker is therefore to have a low speed of the moving contacts at the moment they establish contact and, in addition, an opportunity to dampen their kinetic energy at the moment of contact.

I et andre aspekt av oppfinnelsen utgjør den elektriske sterkstrømbryter en bryter i egentlig forstand, i tillegg til å være en kretsslutter. Vanligvis må en strømbryter kunne håndtere en lysbue mellom kontaktene, og for dette har en konvensjonell kretsbryter midler for å slukke en lysbue etter dennes etablering. Imidlertid er oppfinnelsens sterkstrømbryter så hurtigvirkende at ingen vesentlig energimengde vil få tid å bygge seg opp i lysbuen, og denne vil derfor slukke ved rask separasjon av kontaktene under strømmens nullgjennomgang. In another aspect of the invention, the electric high-current switch constitutes a switch in the true sense, in addition to being a circuit breaker. Generally, a circuit breaker must be able to handle an arc between the contacts, and for this a conventional circuit breaker has means to extinguish an arc after its establishment. However, the high-current breaker of the invention is so fast-acting that no significant amount of energy will have time to build up in the arc, and this will therefore be extinguished by rapid separation of the contacts during the zero crossing of the current.

Bryteren ifølge oppfinnelsen er anordnet med tre typer kontaktdeler, nemlig en første, en andre og en tredje, idet den siste type kontaktdel er bevegelig og kan forskyves mellom den første og den andre stasjonære kontaktdel. I åpen stilling hviler denne tredje kontaktdel i kontakt med den første kontaktdel, mens den i lukket bryterstilling ligger hvilende i kontakt med både den første og den andre kontaktdel, slik at strømmen kan passere den. I et første trinn ved slutting eller åpning settes en rask akselerasjon i gang for denne bevegelige tredje kontaktdel, og i et etterfølgende trinn bevegelse ved konstant hastighet. I en konvensjonell lysbueeliminator beveges vanligvis en kontaktdel under kontinuerlig akselerasjon under hele bevegelsesforløpet, hvorved den ved lukketids-punktet har stor hastighet. I en sterkstrømbryter ifølge oppfinnelsen hvor bevegelsen er delt opp i en første akselerasjonsfase og etterfølgende konstanthastighetsfase får naturlig-vis den bevegelige kontaktdel lavere hastighet ved sluttetidspunktet, men en tilsvarende liten sluttetid totalt. The switch according to the invention is arranged with three types of contact parts, namely a first, a second and a third, the last type of contact part being movable and displaceable between the first and the second stationary contact part. In the open position, this third contact part rests in contact with the first contact part, while in the closed switch position it rests in contact with both the first and the second contact part, so that the current can pass through it. In a first step upon closing or opening, a rapid acceleration is set in motion for this moving third contact part, and in a subsequent step movement at a constant speed. In a conventional arc eliminator, a contact part is usually moved under continuous acceleration during the entire course of movement, whereby it has a high speed at the closing time point. In a high-current circuit breaker according to the invention where the movement is divided into a first acceleration phase and a subsequent constant speed phase, the moving contact part naturally has a lower speed at the closing time, but a correspondingly small closing time in total.

Akselerasjonsbevegelsen av den bevegelige kontaktdel oppnås med en såkalt Thomson-spole. Når en strømpuls sendes gjennom en flatviklet spole med spiralform, slik en Thomson-spole er danner denne spole et variabelt magnetfelt. I et nærliggende metallisk objekt vil derved virvelstrømmer oppstå som på sin side etablerer et variabelt magnetfelt som har motsatt retning. Når det gjelder store strømpulser vil det derfor etableres en kraftig repulsiv kraft mellom spolen og et slikt tilstøttende objekt av metall, men denne kraft avtar raskt med avstanden mellom dem. Ifølge oppfinnelsen er den bevegelige kontaktdel utformet som en metallhylse og med en flens anordnet i sin ene ende. Hylsen omslutter den første kontaktdel og er anordnet, i sin åpne hvilestilling slik at flensen er i kontakt med en spiralviklet flat spole anordnet rundt den første kontaktdel. Når en strømpuls sendes gjennom denne spole vil altså en kraftig fraskyvningskraft dannes mellom spolen og flensen, slik at hylsen med flensen på, skyves kraft mot den andre kontaktdel. The acceleration movement of the moving contact part is achieved with a so-called Thomson coil. When a current pulse is sent through a flat-wound spiral coil, such as a Thomson coil, this coil forms a variable magnetic field. In a nearby metallic object, eddy currents will thereby arise which in turn establish a variable magnetic field which has the opposite direction. In the case of large current pulses, a strong repulsive force will therefore be established between the coil and such a supporting metal object, but this force decreases rapidly with the distance between them. According to the invention, the movable contact part is designed as a metal sleeve and with a flange arranged at one end. The sleeve encloses the first contact part and is arranged, in its open resting position, so that the flange is in contact with a spirally wound flat coil arranged around the first contact part. When a current pulse is sent through this coil, a strong repulsion force will therefore be formed between the coil and the flange, so that the sleeve with the flange on is pushed forcefully towards the other contact part.

For brytebevegelsen av oppfinnelsens sterkstrømbryter er en Thomson-spole anordnet på tilsvarende måte. Festet til ét omsluttende hus av isolasjonsmateriale og omsluttende kontaktene er en spiralviklet flat spole anordnet, og fjærspent mot denne spole er det anordnet en metallring som omslutter den hylseformede bevegelig tredje kontaktdel. Når en strømpuls sendes gjennom spolen får man også her en skyvkraft som skyver metallringen bort fra den andre kontaktdel, og denne ring og hylseflensen er anordnet slik at ringen kommer til å støte mot denne flens. Ved denne kontakt overfører ringen sin bevegelsesenergi til den flensforsynte hylse, slik at hylsen igjen inntar sin hvilestilling for åpen strømbryter. For the breaking movement of the high-current circuit breaker of the invention, a Thomson coil is arranged in a similar way. Attached to one enclosing housing of insulating material and enclosing the contacts is a spirally wound flat coil arranged, and spring-loaded against this coil is arranged a metal ring enclosing the sleeve-shaped movable third contact part. When a current pulse is sent through the coil, you also get a pushing force here that pushes the metal ring away from the other contact part, and this ring and the sleeve flange are arranged so that the ring comes into contact with this flange. At this contact, the ring transfers its kinetic energy to the flanged sleeve, so that the sleeve again assumes its rest position for an open circuit breaker.

Mellom to poler med forskjellig potensial har man som kjent alltid et elektrisk felt, og tilstedeværelsen av dette felt vil for en stor del være avhengig av elektrodenes fasong. Er de spisse eller har kanter eller uregelmessigheter får man konsentrasjoner i den elektriske feltstyrke utenfor slike steder. Slike konsentrasjoner kan gi årsak til partielle utladninger som på sin side kan være som et slags embryo for lysbuer. Sterkstrøm-bryteren ifølge oppfinnelsen har runde elektroder slik at konsentrasjonen av elektriske feltområder unngås. Som resultat av dette har det vært mulig å redusere avstanden mellom elektrodene i tilfellet med full isolasjon. En mindre avstand gir mindre energibehov for å bevege et kontaktelement som sørger for kontakt mellom andre kontaktelementer i form av elektroder. Grunnet den mindre avstand vil det også ta mindre tid å etablere kontakt. Ved høye spenninger er kontaktene anordnet innesluttet i en omslutning som er fylt med isolerende gass, og denne gass brukes til ytterligere å redusere avstanden mellom kontaktdelene. As is well known, there is always an electric field between two poles of different potential, and the presence of this field will largely depend on the shape of the electrodes. If they are pointed or have edges or irregularities, you get concentrations in the electric field strength outside such places. Such concentrations can give rise to partial discharges which in turn can act as a kind of embryo for electric arcs. The high current switch according to the invention has round electrodes so that the concentration of electric field areas is avoided. As a result of this, it has been possible to reduce the distance between the electrodes in the case of full insulation. A smaller distance results in less energy required to move a contact element that ensures contact between other contact elements in the form of electrodes. Due to the smaller distance, it will also take less time to establish contact. At high voltages, the contacts are arranged enclosed in an enclosure which is filled with insulating gas, and this gas is used to further reduce the distance between the contact parts.

Når to kontakter nærmer seg hverandre oppstår en mindre lysbue i kontakt-øyeblikket. Dette er avhengig av strømmen, men også av tilbakesprettingsbevegelser som vil kunne oppstå mellom kontaktene under og etter det første anslagsstøt. Den energi som forårsaker slike bevegelser vil være avhengig av kvadratet av hastigheten. Dette betyr at en reduksjon av hastigheten er ekstremt gunstig for å redusere risikoen for slik til-bakespretting. Har man en glidende kontaktetablering hvor kontaktdelene beveger seg parallelt med kontaktoverflaten vil også slik brutt kontakt kunne finne sted ved at det dannes tverrettede krefter ved et støt mot kontaktdelene, og denne kraft vil kunne sette delene i svingninger. Svingningene gjør at kontaktdelene vekselvis er i kontakt med hverandre og inntar en avstand i forhold til hverandre. Under den korte tidsperiode hvor de har en avstand fra hverandre oppstår en lysbue som kan skade kontaktflatene. When two contacts approach each other, a small arc occurs at the moment of contact. This depends on the current, but also on rebound movements that can occur between the contacts during and after the first impact. The energy that causes such movements will depend on the square of the speed. This means that a reduction in speed is extremely beneficial in reducing the risk of such rebound. If you have a sliding contact establishment where the contact parts move parallel to the contact surface, such a broken contact can also take place by the formation of transverse forces by an impact against the contact parts, and this force will be able to set the parts into oscillations. The oscillations mean that the contact parts are alternately in contact with each other and occupy a distance in relation to each other. During the short period of time when they are at a distance from each other, an electric arc occurs which can damage the contact surfaces.

I samsvar med oppfinnelsen elimineres slike skadelige lysbuer ved hjelp av flere fjærfingre av et ledene materiale med et høyt mekanisk flytepunkt. De er anordnet i kontakt med den andre kontaktdel som er stasjonær og er innrettet for ved eventuell oscillasjon på å holde denne oscillasjon ved en høy mekanisk resonansfrekvens. Når den forskyvbare tredje kontaktdel bringes til rask glidning mot den andre treffer den først kontaktfingre som da skyves til side, og ved den kraft som virker blir fingrene satt i oscillasjon slik at det oppstår en sprettende bevegelse. Fingrene er dimensjonerte for en høy resonansfrekvens. På sin vei vil den forskyvbare kontaktdel slå mot flere fingre som alle bringes til oscillasjon og ved et forskjellig starttidspunkt, og samtlige har forskjellig resonansfrekvens. Dette innebærer at farseforskjellen mellom de enkelte svingninger av fingrene mer vil bli tilfeldig, og siden osciallasjonsfrekvensen er høy vil alltid en eller annen finger være i kontakt med den bevegelige kontaktdel. Dette betyr på sin side at lysbuer ikke oppstår, og når den bevegelige kontaktdel har kommet til lukkestillingen vil også vibrasjonen av kontakt fingrene ha blitt redusert, slik at jordingsbryteren kan føre den aktuelle strøm. In accordance with the invention, such harmful arcs are eliminated by means of several spring fingers of a conductive material with a high mechanical yield point. They are arranged in contact with the second contact part which is stationary and are designed for, in case of possible oscillation, to keep this oscillation at a high mechanical resonance frequency. When the displaceable third contact part is brought to slide rapidly against the other, it first hits the contact fingers, which are then pushed aside, and by the force acting, the fingers are set into oscillation so that a bouncing movement occurs. The fingers are dimensioned for a high resonance frequency. On its way, the displaceable contact part will strike several fingers, all of which are brought into oscillation and at a different starting time, and all of which have a different resonant frequency. This means that the difference in pitch between the individual oscillations of the fingers will be more random, and since the oscillation frequency is high, one or the other finger will always be in contact with the moving contact part. This, in turn, means that electric arcs do not occur, and when the movable contact part has reached the closed position, the vibration of the contact fingers will also have been reduced, so that the earthing switch can conduct the current in question.

Som kontaktetablerende element mellom hver av den første og den andre kontaktdel og den bevegelige kontaktdel brukes en eller flere bånd ("tapes") av spiralviklet tråd. I konvensjonelle omkoplerinnretninger eller brytere vil denne type kontaktelement dannes ved den tilsvarende kontakt mellom den første kontaktdel og den bevegelige kontaktdel, men det er ikke kjent å anordne et slikt kontaktelement for å etablere kontakt mellom den tilsvarende andre kontaktdel og den bevegelige kontaktdel, og konvensjonelle brytere har således en fast kontaktdel som tilsvarer den andre kontaktdel, som har kontaktfingre. As a contact-establishing element between each of the first and second contact parts and the movable contact part, one or more tapes of spirally wound wire are used. In conventional switching devices or switches, this type of contact element will be formed by the corresponding contact between the first contact part and the movable contact part, but it is not known to arrange such a contact element to establish contact between the corresponding second contact part and the movable contact part, and conventional switches thus has a fixed contact part that corresponds to the other contact part, which has contact fingers.

Kort gjennomgåelse av tegningene Brief review of the drawings

Oppfinnelsen skal nå gjennomgås i nærmere detalj ved beskrivelse av en utfør-else med referanse til den tilhørende tegning, hvor The invention will now be reviewed in more detail by describing an embodiment with reference to the accompanying drawing, where

fig. 1 viser en skissemessig oversikt over en sterkstrømbryter med to faste og en forskyvbar kontaktdel, i samsvar med oppfinnelsen, og fig. 2 viser en fordelaktig utfør-else av denne bryter, med en innretning for å bevirke bremsing. fig. 1 shows a schematic overview of a heavy-current switch with two fixed and one movable contact part, in accordance with the invention, and fig. 2 shows an advantageous embodiment of this switch, with a device for effecting braking.

Beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer Description of the preferred embodiments

En sterkstrømsbryter ifølge oppfinnelsen omfatter en første stasjonær kontaktdel 1, en andre stasjonær kontaktdel 2 og en tredje forskyvbar kontaktdel 3 i form av en hylse. Denne hylse 3 omslutter den første kontaktdel 1 og er utformet med en flens 4. Mellom den første og den andre kontaktdel og den forskyvbare tredje kontaktdel 3 i form av hylsen er det anordnet kontaktelementer 5. I den viste utførelse er disse kontaktelementer utformet som bånd av spiralformet viklet tråd. Båndene omslutter hhv. den første og andre kontaktdel 1,2 og er anordnet i spor i sin respektive kontaktdel. Den spiralformede vikling (egentlig skruelinjeformet) tillater at båndene får kontakt ved en ettergivende kraft, med den respektive kontaktdel. Kontaktelementene er innrettet for å la den forskyvbare hylse utføre en langsgående bevegelse med en opprettholdt liten galvanisk kontaktmotstand mot både den første og den andre kontaktdel. A heavy current switch according to the invention comprises a first stationary contact part 1, a second stationary contact part 2 and a third displaceable contact part 3 in the form of a sleeve. This sleeve 3 encloses the first contact part 1 and is designed with a flange 4. Between the first and the second contact part and the displaceable third contact part 3 in the form of a sleeve, contact elements 5 are arranged. In the embodiment shown, these contact elements are designed as bands of spirally wound wire. The bands enclose respectively the first and second contact parts 1,2 and are arranged in grooves in their respective contact parts. The helical winding (actually helical) allows the tapes to make contact with a yielding force, with the respective contact part. The contact elements are arranged to allow the displaceable sleeve to perform a longitudinal movement with a maintained small galvanic contact resistance to both the first and the second contact part.

En første spiralviklet spole 6, nemlig en såkalt Thomson-spole er anordnet nær flensen 4. På tegningen er den plassert like under flensen, og flensen 4 er innrettet for å gi kontakt med spolen. Når en strømpuls sendes gjennom spolen fra en strømkilde (ikke vist) oppstår et variabelt magnetfelt som induserer virvelstrømmer i flensen 4, og slike strømmer etablerer på sin side et magnetfelt som er motsatt rettet i forhold til det første magnetfelt. Dette gir årsak til en kraftig skyvkraft som med kraft presser den flensforsynte hylse 3 mot den andre kontakt del 2. A first spirally wound coil 6, namely a so-called Thomson coil is arranged close to the flange 4. In the drawing it is placed just below the flange, and the flange 4 is arranged to make contact with the coil. When a current pulse is sent through the coil from a current source (not shown), a variable magnetic field occurs which induces eddy currents in the flange 4, and such currents in turn establish a magnetic field which is oppositely directed in relation to the first magnetic field. This gives rise to a strong thrust force which forcefully presses the flanged sleeve 3 against the other contact part 2.

Flere bueformede fingerelementer 7 av fjærstål er anordnet denne andre kontaktdel 2 og er presset til kontakt med den, slik det er vist øverst på tegningen. Fingerelementenes frie ende, "fingerspissene" er rettet på skrå i forhold til den første kontaktdel 1. Fingerelementene er innrettet for å fremvise en bøyning ved en høy resonansfrekvens. Når de treffes av den fremoverbevegede hylse 3 kommer denne til å vibrere, og fingerspissene kommer til å slå an mot hylsen og sprette tilbake igjen etter det første anslag. Hver gang fingerspissen forlater overflaten på den forskyvbare tredje kontaktdel i form av hylsen dannes en mindre lysbue, men siden flere fingerelementer er anordnet rundt den andre kontaktdel og alle elementene ligger i forskjellig fase og har forskjellig resonansfrekvens vil det alltid være en av dem som ligger i kontakt med hylsen 3, og dette eliminerer at lysbuer oppstår. Several arc-shaped finger elements 7 of spring steel are arranged on this second contact part 2 and are pressed into contact with it, as shown at the top of the drawing. The free end of the finger elements, the "finger tips", are directed obliquely in relation to the first contact part 1. The finger elements are arranged to exhibit a bend at a high resonance frequency. When they are hit by the forward-moving sleeve 3, this will vibrate, and the fingertips will hit the sleeve and bounce back again after the first impact. Every time the fingertip leaves the surface of the displaceable third contact part in the form of a sleeve, a small arc is formed, but since several finger elements are arranged around the second contact part and all the elements are in different phase and have a different resonant frequency, it will always be one of them that is in contact with sleeve 3, and this eliminates arcing.

Fig. 2 viser en fordelaktig utførelse av en sterkstrømbryter ifølge oppfinnelsen, og denne utførelse har alle de allerede nevnte deler, indikert med samme henvisningstall på tegningen. I det viste eksempel er kontaktdelene anordnet i. en omslutning av isolerende materiale og på hensiktsmessig måte fylt med en beskyttende gass, idet denne omslutning i det viste eksempel har en sylindrisk vegg 8, et toppstykke 9 og et bunn-stykke 10. Fig. 2 shows an advantageous embodiment of a high current circuit breaker according to the invention, and this embodiment has all the parts already mentioned, indicated with the same reference number in the drawing. In the example shown, the contact parts are arranged in an enclosure of insulating material and suitably filled with a protective gas, this enclosure in the example shown having a cylindrical wall 8, a top piece 9 and a bottom piece 10.

Under lukking av bryteren og slutting av den tilkoplede elektriske krets føres således den bevegelige kontaktdel 3 i form av den forskyvbare hylse med kraft mot den andre kontaktdel 2 slik at denne i bryterens lukkestilling etablerer kontakt med den første kontaktdel 1 via den tredje kontaktdel 3. Dette gjøres ved hjelp av kontaktelementene 5.1 lukkestillingen bevirker flensen 4 kontakt med en hammerring 12 som på sin side lager kontakt med en andre spiralspole 11. Hammerringen kan forskyves over hele den tredje kontaktdels lengde og kan opprettholdes i kontakt med den andre spiralspole 11 ved fjærkraften fra en fjær 13. Spolen 11 er festet til bunnstykket 10. Når en strømpuls fra en strømkilde (ikke vist) sendes gjennom denne andre spole 11 etableres et variabelt magnetfelt som innfører virvelstrømmer i hammerringen 12. Disse virvelstrømmer setter opp magnetiske felt som er rettet motsatt det første magnetiske felt, og dette gir årsak til en kraftig frastøtingskraft som fører hammerringen 12 mot flensen 4 på den forskyvbare hylse 3. Den bevegelsesenergi som derved utvikles blir overført til flensen som skyves med kraft til sin hvileposisjon ved åpen bryter. Om denne bevegelige kontaktdel 3 av en eller annen grunn ikke skulle ha nådd sin lukkestilling fullstendig vil hammerringen 12 overføre bevegelsesenergien til kontaktdelen 3 via et støt. Løsningen som er vist for brytefunksjonen vil derved være uavhengig av om den foregående lukkeoperasjon har vært komplett eller ikke. During closing of the switch and termination of the connected electrical circuit, the movable contact part 3 in the form of the displaceable sleeve is thus guided with force towards the second contact part 2 so that in the closed position of the switch it establishes contact with the first contact part 1 via the third contact part 3. This is done with the help of the contact elements 5.1 the closed position brings the flange 4 into contact with a hammer ring 12 which in turn makes contact with a second spiral coil 11. The hammer ring can be displaced over the entire length of the third contact part and can be maintained in contact with the second spiral coil 11 by the spring force from a spring 13. The coil 11 is attached to the bottom piece 10. When a current pulse from a current source (not shown) is sent through this second coil 11, a variable magnetic field is established which introduces eddy currents into the hammer ring 12. These eddy currents set up magnetic fields which are directed opposite to the first magnetic fields, and this causes a strong repulsive force that leads to hammer riding no 12 against the flange 4 on the displaceable sleeve 3. The movement energy that is thereby developed is transferred to the flange which is pushed with force to its resting position when the switch is open. If for some reason this movable contact part 3 should not have reached its closed position completely, the hammer ring 12 will transfer the movement energy to the contact part 3 via a shock. The solution shown for the breaking function will therefore be independent of whether the preceding closing operation has been complete or not.

En første skjermring 14 er anordnet ved en høyde som tilsvarer enden av den første kontaktdel 1 der denne vender mot den andre kontaktdel. På tilsvarende måte er det anordnet en andre skjermring 15 på høyde med den ende av den andre kontaktdel som vender mot den første kontaktdel. Disse to skjermerringer 14 og 15 er innrettet for å fordele det elektriske felt som dannes mellom den første og den andre kontaktdel 1, 2, slik at det ikke oppstår noen feltkonsentrasjoner. A first screen ring 14 is arranged at a height corresponding to the end of the first contact part 1 where this faces the second contact part. In a similar way, a second screen ring 15 is arranged at the height of the end of the second contact part which faces the first contact part. These two shield rings 14 and 15 are arranged to distribute the electric field which is formed between the first and the second contact part 1, 2, so that no field concentrations occur.

Claims

1. Electrical heavy current switch for quick closing in a power supply network and comprising a first contact part (1) in the form of a plug-shaped electrode, a second contact part (2), likewise in the form of a plug-shaped electrode, a third contact part (3) in the form of a movable part for closing the switch when connecting the first and second contact parts (1, 2), and an activation device, characterized in that the third, movable contact part (3) is cylindrical and encloses the first contact part (1) in an open position of the switch, that the activation device comprises a spirally wound first coil (6) attached to the first contact part (1), and that the third contact part (3) comprises a flange (4) which establishes contact with the coil (6), as a current pulse which goes through the coil (6) establishes a repulsion force between this and the flange (4), which repulsion force drives the third contact part (3) with great kinetic energy towards the second contact part (2), whereby the third contact part (3) in a closed path lling of the switch encloses both the first and the second contact part (1,2).

2. Switch according to claim 1, characterized in that between the second contact part (2) and the movable third contact part (3), in the closed position of the switch, a contact elementf (5) is arranged which comprises a spirally wound electrically conductive wire.

3. Switch according to claim 1 or 2, characterized by several arc-shaped finger elements (7) of spring steel and arranged in connection with the second contact part (2), these finger elements being arranged to prevent electric arcs from occurring between this second contact part (2) and the third movable contact part (3).

4. Switch according to claim 1 or 2, characterized by a first shield ring (14) arranged in connection with the first contact part (1), and the second shield ring (15) arranged in connection with the second contact part (2), which shield rings (14 , 15) are designed to distribute the electric field between them.

5. Switch according to one of the preceding claims, characterized by a hammer ring (12) which can be displaced in the same longitudinal direction as the third movable contact part (3) and is arranged to establish contact with a second spirally wound coil (11), whereby a current -pulse that passes through this second coil (11) establishes a repulsion force between the coil and the hammer ring (12) so that this is displaced with great kinetic energy towards the flange (4) belonging to the third movable contact part (3), so that the kinetic energy that arises is transferred to the third contact part (3) which is thereby returned to its starting position.

6. Electric high-current switch for quickly breaking a current circuit in a power supply network, comprising a first plug-shaped electrode (1), a second plug-shaped electrode (2), a movable contact element (3) for closing the first and the second electrode (1, 2 ), and an activation device, characterized in that the contact element (3) is cylindrical and encloses both the first electrode (1) and the second electrode (2) in a closed position of the switch, that the activation devices comprise a spirally wound second coil (11) which is attached to the first electrode (1) and a hammer ring (12) which establishes contact with the coil (11) and can be displaced along the movable contact element (3), and that the movable contact element (3) comprises a flange (4) to receive contact with the hammer ring (12), as a current pulse passing through the coil (11) establishes a repulsion force between the coil (11) and the hammer ring (12), which force moves the hammer ring (12) towards the movable contact element (3), whereby it ov experienced kinetic energy causes the contact element (3) to take an open position for the switch.

7. Method for rapid connection of a large current when closing a circuit in a power supply network, comprising a second plug-shaped electrode (2) which is brought into contact with a first plug-shaped electrode (1) by means of a movable contact element (3), characterized in that the movable contact element (3) is arranged cylindrically, that the contact element (3) in an open position of the switch is arranged to enclose the first electrode, that the contact element is arranged to include a flange (4) which is brought to making contact with a spirally wound first coil (6) attached to the first electrode, and that the coil (6) is brought to the passage of a current pulse so that a repulsion force between the coil and the flange is formed, whereby the movable contact element (3) is guided by force to the second electrode, so that the first and second electrodes are enclosed by the contact element.

8. Method for quickly breaking a large current in a current circuit in a power supply network where a movable contact element (3) which establishes contact between a first plug-shaped electrode (1) and a second plug-shaped electrode (2) is caused to be displaced from the second electrode (2) to the first electrode (1) so that switching takes place, characterized in that the movable contact element (3) is arranged in a cylindrical shape and encloses both the first and the second electrode (1, 2) in the closed position of the switch, that the contact element (3) is brought to include a flange (4), that a hammer ring (12) which can be displaced along the movable contact element (3) is arranged to establish contact with a spirally wound second coil (11) which is attached to the other electrode (2), and that the coil (11) is brought into position by a current pulse, whereby a repulsion force between the coil (11) and the hammer ring (12) is established, so that the hammer ring is guided with force against the flange (4) belonging to the moving cow contact element (3), whereby a kinetic energy is transferred to this contact element (3) which brings the contact element to assume an open position of the switch.

9. Use of an electric high-current switch in accordance with claims 1-6 or a method in accordance with claims 7 and 8, within switching equipment for medium voltage levels.